דנאַ רעפּליקאַציע אין צעל דיוויזיע
דנ״א רעפּליקאַציע איז דער פּראָצעס פון דופּליקירן דעם גענעטישן מאַטעריאַל אין אַ צעל איידער זי טיילט זיך. דער פּראָצעס איז יסודותדיק פֿאַר אַן אָרגאַניזם'ס איבערלעבן, ווייל עס זאָרגט דערפֿאַר אַז יעדע טאָכטער צעל באַקומט די זעלבע קאָפּיע פֿון דער גענעטישער אינפֿאָרמאַציע ווי די עלטערן צעל. אָן גענויע דנ״א רעפּליקאַציע, וואָלט צעל טיילונג - צי פֿאַר וווּקס, געוועב רעפּאַראַציע, צי רעפּראָדוקציע - רעזולטירן אין צעלן מיט אומפֿולשטענדיקער אָדער געשעדיגטער גענעטישער אינפֿאָרמאַציע. דעריבער, ווערט דנ״א רעפּליקאַציע באַטראַכט ווי איינער פֿון די מערסט וויכטיקע און קאָנטראָלירטע ביאָלאָגישע פּראָצעסן אין דער צעל'ס לעבן ציקל.
די ראלע פון דנ״א רעפּליקאַציע אין דעם צעל ציקל
צעל טיילונג אין עוקאַריאָטישע אָרגאַניזמען פּאַסירט דורך אַ צעל ציקל וואָס באַשטייט פון אינטערפאַסע און טיילונג (מיטאָזיס אָדער מעיאָזיס). די אינטערפאַסע אַליין איז צעטיילט אין G1 (וואוקס), S (DNA סינטעז), און G2 (צוגרייטונג פֿאַר טיילונג). DNA רעפּליקאַציע פּאַסירט אין דער S פאַזע, ווען די צעל דופּליקירט אַלע אירע כראָמאָסאָמען. נאָך דעם ווי די פאַזע איז פֿאַרענדיקט, איז יעדער כראָמאָסאָם ניט מער אַן איינציקע DNA מאָלעקול , נאָר באַשטייט פֿון צוויי אידענטישע שוועסטער כראָמאַטידן נאָך אַטאַטשט צו די צענטראָמער. די "צוויי-קאָפּיע" צושטאַנד דערמעגלעכט די גלייכע פֿאַרשפּרייטונג פֿון גענעטישן מאַטעריאַל בעת מיטאָזיס אָדער מעיאָזיס.
אין מיטאָזיס, איז דער ענד רעזולטאַט צוויי גענעטיש אידענטישע טאָכטער צעלן. אין מעיאָזיס, איז די ציל צו פּראָדוצירן געשלעכט צעלן (גאַמעטן) מיט האַלב די צאָל כראָמאָסאָמען. דעריבער, דנ״א רעפּליקאַציע פּאַסירט איין מאָל איידער מעיאָזיס 1, און דערנאָך ווערן צוויי נאָכפאָלגנדיקע טיילן געמאַכט. די גענויקייט פון דנ״א רעפּליקאַציע איז קריטיש אין ביידע פאַלן, ווייל טעותים קענען פירן צו מוטאַציעס, כראָמאָסאָמאַל אַבנאָרמאַליטעטן, אָדער אפילו אַנטוויקלונגס דורכפאַל.
דנ״א סטרוקטור און גרונטלעכע פּרינציפּן פון רעפּליקאַציע
דנ״א איז צוזאמענגעשטעלט פון צוויי שטריקלעך (א דאבל העליקס) וואס פארבינדן זיך דורך וואסערשטאף בונדן צווישן די שטיקשטאף באזעס: אדענין (א) פארבינדט זיך מיט טימין (ט), בשעת גואנין (ג) פארבינדט זיך מיט ציטאזין (C). די באזע סיקווענס האלט גענעטישע אינפארמאציע. בעת רעפליקאציע ווערן די צוויי דנ״א שטריקלעך אפגעטיילט, יעדער דינט אלס א מוסטער פאר דער פארמאציע פון א נייעם, קאמפלעמענטארן שטריק. דעם פרינציפ איז באקאנט אלס קאמפלעמענטארן באזע פארבינדונג.
דנ״א רעפּליקאַציע איז האַלב-קאָנסערוואַטיוו, דאָס הייסט אַז יעדע רעפּליקירטע דנ״א מאָלעקול באַשטייט פון איין אַלטן (עלטערן) שטריק און איין נייעם שטריק. דער באַגריף פון האַלב-קאָנסערוואַטיווקייט איז דעמאָנסטרירט געוואָרן דורך דעם קלאַסישן עקספּערימענט פון מעסעלסאָן און שטאַל אין 1958, וואָס האָט געוויזן אַז צעלן נוצן דעם אַלטן שטריק ווי אַ וועגווייַזער אַזוי אַז די רעזולטאַטן בלייבן געטרייַ צו דער אָריגינעלער דנ״א סיקוואַנס.
הויפּט סטאַגעס פון דנאַ רעפּליקאַציע
בכלל, קען מען צוטיילן די-ען-עי רעפּליקאַציע אין דריי שטאַפּלען: אָנהייב, פֿאַרלענגערונג, און ענדיקן. כאָטש עס שיינט פּשוט, יעדער שטאַפּל נעמט אַרײַן פֿאַרשידענע ענזימען און שטיצנדיקע פּראָטעאינען.
1. איניציאציע: אָנהייב פון רעפּליקאַציע ביים אָנהייב פונקט
רעפּליקאַציע הייבט זיך אָן אין אַ ספּעציפֿישן אָרט אין דער דנ״א גערופֿן דער אָנהייב פֿון רעפּליקאַציע (אָרי). אין פּראָקאַריאָטישע אָרגאַניזמען איז געוויינטלעך בלויז איין אָרי אויף אַ קייַלעכדיקן כראָמאָסאָם. אין עוקאַריאָטן, צוליב זייערע פיל גרעסערע גענאָמען, זענען דאָ קייפל אָריס אויף יעדן כראָמאָסאָם צו דערמעגלעכן שנעלערע רעפּליקאַציע.
אין דעם שטאפל, אנטוויקלט דער העליקאז ענזיים די דאפעלטע העליקס דורך צוברעכן די וואסערשטאף בונדן צווישן באזעס, פארמענדיג א סטרוקטור גערופן א רעפליקאציע גאפל. די צעשיידונג פון די דנ"א שטריקלעך שאפט טאָרסיאָנעל דרוק אין די אפגעוויקלטע דנ"א, אזוי העלפט דער טאפא-אייסמעראז ענזיים פארלייכטערן די שפּאַנונג צו פאַרהיטן די דנ"א פון זיך פארפּלעכטן אדער צעברעכן.
כּדי צו פאַרהיטן די אָפּגעקאָפּטע דנ״א שטריקלעך פון זיך ווידער פֿאַרבינדן, פֿאַרבינדן זיך איינציק-שטריקל בינדנדיקע פּראָטעאינען (SSBs) צו די איינציקע שטריקלעך און האַלטן זיי סטאַביל איבערן גאַנצן פּראָצעס.
2. פארלענגערונג: פאָרמירונג פון נייע דנ״א שטריקלעך
די פארלענגערונג שטאפל איז דער פראצעס פון צולייגן נוקלעאטידן צו שאפן א נייעם דנ״א שטריק. דער הויפט ענזים וואס ארבעט דא איז דנ״א פאלימעראז. אבער, דנ״א פאלימעראז קען נישט אנהייבן סינטעז פון פריש; עס פארלאנגט א "סטארט-פונקט" אין דער פארעם פון א פריימער. דער פריימער ווערט באשאפן דורך דעם ענזים פרימאז, א קורץ שטיקל RNA וואס גיט א 3'-OH עק אלס דער סטארט-פונקט פאר נוקלעאטיד צולייגן.
דנ״א פּאָלימעראַזע לייגט צו נוקלעאָטידן נאָר אין דער 5' צו 3' ריכטונג. ווײַל די צוויי שטריקלעך פון דנ״א לויפן אין פאַרקערטע ריכטונגען (אַנטיפּאַראַלעל), גייט די רעפּליקאַציע אַנדערש אויף יעדן שטריק:
– דער פירנדיקער שטריק ווערט סינטעזירט קאנטינעווערלי אין דער ריכטונג פון דער רעפּליקאַציע גאָפּל באַוועגונג.
– דער פארשפעטיקטער שטראנד ווערט סינטעזירט אומקאנטינעואָז אַוועק פון דער רעפּליקאַציע גאָפּל, שאַפֿנדיק קורצע פֿראַגמענטן גערופן אָקאַזאַקי פֿראַגמענטן.
אזוי שנעל ווי די אקאזאקי פראגמענטן ווערן געשאפן, מוז מען ארויסנעמען דעם RNA פריימער און אים ערזעצן מיט DNA. אין פראקאריאטן, נעמט DNA פאלימעראז I ארויס דעם פריימער און ערזעצט אים. אין עוקאריאטן, נעמט דער פראצעס אריין RNase H און א ספעציפישע DNA פאלימעראז. DNA ליגאזע פארבינדט דאן די פראגמענטן צו שאפן א פולשטענדיגן פארשפעטיקטן סטראנד.
3. טערמינאַציע: ענדיקן רעפּליקאַציע
טערמינאַציע פּאַסירט ווען רעפּליקאַציע גאָפּלען טרעפן זיך אָדער ווען אַלע דנ״אַ איז דופּליקירט געוואָרן. אין פּראָקאַריאָטן, העלפט אַ ספּעציעלע טערמינאַציע סיקוואַנס אָפּשטעלן רעפּליקאַציע. אין עוקאַריאָטן, איז דער פּראָצעס מער קאָמפּליצירט ווייל קייפל רעפּליקאַציע גאָפּלען און אָנהייב באַוועגן זיך אין פאַרשידענע ריכטונגען ביז זיי טרעפן זיך ענדלעך.
איינע פון די הויפּט שוועריקייטן אין עוקאַריאָטן איז די רעפּליקאַציע פון די ענדס פון לינעאַרע כראָמאָסאָמען, באַקאַנט ווי טעלאָמערן. צוליב דעם מעכאַניזם פון דנאַ פּאָלימעראַזע, קענען דנאַ ענדס נישט גאָר רעפּליקירט ווערן אויף דעם פאַרהאַלטנדיקן שטראַנד, אַזוי כראָמאָסאָמען פאַרקירצן זיך יעדעס מאָל ווען אַ צעל טיילט זיך. דער ענזיים טעלאָמעראַזע העלפט איבערקומען דעם פּראָבלעם דורך צולייגן איבערחזרנדיקע סיקוואַנסן צו טעלאָמערן, ספּעציעל אין געוויסע צעלן ווי למשל גערם צעלן און עטלעכע סטעם צעלן. אומקאָנטראָלירטע טעלאָמעראַזע טעטיקייט איז פֿאַרבונדן מיט דער מעגלעכקייט צו טיילן זיך אומבאַגרענעצט אין פילע ראַק צעלן.
רעפּליקאַציע אַקיעראַסי און פאַרריכטן מעקאַניזאַמז
דנ״א רעפּליקאַציע מוז זיין זייער פּינקטלעך ווייל אפילו קליינע טעותים קענען האָבן באַדייטנדיקע השפּעות אויף פּראָטעין פונקציע און גענע רעגולאַציע. דנ״א פּאָלימעראַזע האט פּרופרידינג קייפּאַבילאַטיז, וואָס טאָפּל-קאָנטראָלירן ניי-איינגעשטעלטע נוקלעאָטידן. אויב אַ פאַלש באַזע פּאָר ווערט געפֿונען, קען דנ״א פּאָלימעראַזע עס אַוועקנעמען דורך עקסאָנוקלעאַזע טעטיקייט און עס פאַרבייַטן מיט דער ריכטיקער.
אין צוגאב צו פּרופרידינג, פארמאגן צעלן אויך פּאָסט-רעפּליקאַציע דנאַ ריפּער סיסטעמען, אַזאַ ווי מיסמאַטש ריפּער, וואָס דעטעקטירט באַזע פּאָר ערראָרס וואָס אַנטלויפן פּרופרידינג. די קאָמבינאַציע פון מעכאַניזמען רעזולטירט אין אַ זייער נידעריק רעפּליקאַציע ערראָר קורס, כאָטש מוטאַציעס קענען נאָך ווערן איבערגעגעבן צו טאָכטער צעלן.
דנאַ רעפּליקאַציע ווי דער שליסל צו מצליח צעל דיוויזיע
דנ״א רעפּליקאַציע און צעל טיילונג זענען ענג פארבונדן. אויב רעפּליקאַציע איז נישט פולשטענדיק אָדער געשעדיגט, שטעלן צעלן טיפּיש אָפּ דעם צעל ציקל דורך טשעקפּוינטס צו פאַרהיטן טיילונג מיט געשעדיגט דנ״א. די טשעקפּוינטס אַקט ווי אַ קוואַליטעט קאָנטראָל סיסטעם: צעלן זענען נאָר ערלויבט צו אַרייַן מיטאָז אויב זייער דנ״א איז געווען גאָר דופּליקירט און עס זענען נישטאָ קיין גרויסע שאָדנס.
אויב טשעקפּוינטס פאַרלאָזן אָדער ווערן בייפּאַסט, קענען צעלן זיך צעטיילן מיט נישט-סטאַבילן דנ"א, וואָס פירט צו כראָמאָסאָם ימבאַלאַנסעס, אַקיומיאַלייטינג מוטאַציעס, און פאַרגרעסערן דעם ריזיקירן פון ראַק. דעריבער, פֿאַרשטיין דנ"א רעפּליקאַציע איז נישט בלויז קריטיש פֿאַר גרונט ביאָלאָגיע, אָבער אויך באַטייַטיק אין מעדיצין, ספּעציעל אין גענעטישע קראַנקייט פאָרשונג און די אַנטוויקלונג פון ראַק טעראַפּיעס.
קעסימפּולאַן
דנ״א רעפּליקאַציע בעת צעל טיילונג איז אַ וויכטיקער ביאָלאָגישער פּראָצעס וואָס זיכערט די פּינקטלעכע טראַנסמיסיע פון גענעטישע אינפֿאָרמאַציע פון איין דור צעלן צו דער ווייַטער. דער פּראָצעס פּאַסירט בעת דער S פאַזע פון צעל ציקל און נעמט אַרײַן די קאָאָפּעראַציע פון פֿאַרשידענע ענזימען ווי העליקאַסע, פּרימאַזע, דנ״א פּאָלימעראַזע, ליגאַסע, און אַנדערע שטיצנדיקע פּראָטעאינען. דורך האַלב-קאָנסערוואַטיווע מעханіזמען, לידינג און לאַגינג סטראַנד סינטעז, און דנ״א פּרופרידינג און ריפּער סיסטעמען , זענען צעלן ביכולת צו רעפּליקירן זייערע גענאָמען מיט הויך געטריישאַפט. די געטריישאַפט פון דנ״א רעפּליקאַציע באַשטימט די קוואַליטעט פון צעל טיילונג און די גענעטישע פעסטקייט פון אַן אָרגאַניזם, אַזוי קען דיסראַפּשאַן פון דעם פּראָצעס פירן צו גענעטישע דיסאָרדערס און ראַק. פֿאַרשטיין דנ״א רעפּליקאַציע מיינט פֿאַרשטיין איינער פון די קערן פּרינציפּן פון לעבן אַליין: ווי צעלן האַלטן און טראַנסמיטירן זייער גענעטישע אידענטיטעט.
